CN203603779U - 一种铰接式万向轴 - Google Patents

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黄衍福
张新胜
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刘凤
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韩卫东
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罗西超
刘毅
周智勇
孙洪民
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本实用新型公开一种铰接式万向轴。该铰接式万向轴包括:接头和万向轴体,所述接头和万向轴体通过键连接传动扭矩;所述接头和万向轴与键之间面接触。本实用新型由于采用键作为关键的传递扭矩与运动的部件,实现了键与接头、万向轴体形成面接触的工作副,改变了通常以钢球、圆柱等作为传扭传动部件形成的线接触的工作副,大幅降低了接触应力;减少了材料的体积磨耗,提高了结构安全系数,有效延长了万向轴的使用寿命,尤其在大冲击载荷、高重度泥浆的工况下,具有高的使用价值。

Description

一种铰接式万向轴
技术领域
[0001] 本实用新型涉及石油、天然气钻井领域,更具体的说,涉及一种铰接式万向轴。
背景技术
[0002] 在石油、天然气勘探开发中,螺杆钻具广泛用于钻井作业。螺杆钻具主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成等组成。马达总成包括定子和转子,定子为金属壳体内衬橡胶的多瓣螺旋孔,转子为多瓣金属螺旋杆,转子在定子型腔内做行星运动。万向轴上端与转子连接、下端与传动轴连接,将转子的行星运动转变为传动轴的定轴转动,同时将转子产生的扭矩、轴向力传递给传动轴。万向轴是螺杆钻具的重要部件之一,它的寿命影响螺杆钻具总体寿命。
[0003]目前万向轴有铰接式、花瓣式、挠轴式三种型式。铰接式通常为球铰式,以多组钢球或圆柱作为传递中介,在接头、万向轴体之间传动传扭,其力的作用面可视为线,接触应力较高,易损坏,是铰接式万向轴的薄弱环节;花瓣式通过瓣齿传动传扭,通常由火焰切割成型,热影响区大,切口周围金相组织强度降低,并且截面变化较大,传扭时存在较严重的应力集中;挠轴式通过具有挠性的细长杆传动传扭,由于细长杆的特性使得螺杆钻具的使用工况受限。
发明内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种降低了万向轴的主要部件的应力负荷,减少了材料体积磨耗的铰接式万向轴。
[0005] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0006] 一种铰接式万向轴,所述铰接式万向轴包括:接头和万向轴体,所述接头和万向轴体通过键连接传动扭矩;所述接头和万向轴与键之间面接触。
[0007] 进一步的,所述接头与万向轴体接触的一端设有盲孔,盲孔的底部放置有球座,万向轴体面向接头的端面设有钢球凹槽,钢球置于球座和钢球凹槽之间,传递轴向力;在接头的盲孔内设有十字形第一传扭结构;在万向轴体两端为十字形第二传扭结构,并沿第二传扭结构外周均匀分布键形凹槽,键置于键形凹槽中,在接头、万向轴体间传递扭矩及运动;
[0008] 钢球和键提供了足够的自由度,以实现万向轴旋转轴线方向的改变,将万向轴一端的行星运动转变为万向轴另一端的定轴转动。
[0009] 进一步的,所述万向轴体外壁包裹有密封胶套组件,所述密封胶套组件嵌入到接头的盲孔内,与接头、万向轴体共同形成润滑油腔。
[0010] 进一步的,所述万向轴体外壁还设有与接头盲孔卡接固定的对开卡环,对开卡环与润滑油腔中的润滑脂接触。
[0011] 进一步的,所述接头与万向轴体接触的一端设有盲孔,盲孔的底部放置有球座,万向轴体面向接头的端面设有钢球凹槽,钢球置于球座和钢球凹槽之间,传递轴向力;在接头的盲孔内设有十字形第一传扭结构;在万向轴体两端为十字形第二传扭结构,并沿第二传扭结构外周均匀分布键形凹槽,键置于键形凹槽中,在接头、万向轴体间传递扭矩及运动;
[0012] 所述万向轴体外壁包裹有密封胶套组件,还设有与接头盲孔卡接固定的对开卡环,所述密封胶套组件嵌入到接头的盲孔内,与接头、万向轴体共同形成润滑油腔;所述对开卡环与润滑油腔中的润滑脂接触。
[0013] 钢球和键提供了足够的自由度,以实现万向轴旋转轴线方向的改变,将万向轴体一端的行星运动转变为接头一端的定轴转动。
[0014] 本实用新型由于采用键作为关键的传递扭矩与运动的部件,实现了键与接头、万向轴体形成面接触的工作副,改变了通常以钢球、圆柱等作为传扭传动部件形成的线接触的工作副,大幅降低了接触应力;减少了材料的体积磨耗,提高了结构安全系数,有效延长了万向轴的使用寿命,尤其在大冲击载荷、高重度泥浆的工况下,具有高的使用价值。
附图说明
[0015]图1是本实用新型实施例提供的铰接式万向轴结构示意图。
[0016] 其中:I接头,2球座,3钢球,4对开卡环,5万向轴体,6密封胶套组件,7润滑油腔,8键。
具体实施方式
[0017]本实用新型公开一种铰接式万向轴,所述铰接式万向轴包括:接头和万向轴体,所述接头和万向轴体通过键连接传动扭矩;所述接头和万向轴与键之间面接触。
[0018] 本实用新型由于采用键作为关键的传递扭矩与运动的部件,实现了键与接头、万向轴体形成面接触的工作副,改变了通常以钢球、圆柱等作为传扭传动部件形成的线接触的工作副,大幅降低了接触应力;减少了材料的体积磨耗,提高了结构安全系数,有效延长了万向轴的使用寿命,尤其在大冲击载荷、高重度泥浆的工况下,具有高的使用价值。
[0019] 下面结合附图和较佳的实施例对本实用新型作进一步说明。
[0020] 如图1所示,该铰接式万向轴包括:接头1、球座2、钢球3、对开卡环4、万向轴体5、密封胶套组件6、润滑油腔7、键8。其中,接头I具有十字形传扭结构,万向轴体5具有十字形传扭结构和键形凹槽。传扭结构在周向呈现90°均布,作为其他的实施方式,传扭结构也可以是其他均布形式。
[0021] 在接头I内孔的端面有盲孔,在盲孔底部置有球座2,在万向轴体5的端面置有钢球3凹槽,钢球3置于球座2、钢球3凹槽之间,传递轴向力。
[0022] 铰接式万向轴通过接头1、万向轴体5将动力从转子传递给传动轴。万向轴体5两端的第二传扭结构为十字形,并沿传扭结构外周均匀分布键形凹槽;接头I的内孔的第一传扭结构也呈十字形;在接头I与万向轴体5间传递运动及扭矩的零件为两组键8,键8与接头I和万向轴体5之间均为面接触;作为其他实施方式,键8也可以是其他能够实现面接触的其他传扭传动形式。
[0023] 密封胶套组件6为万向轴提供密封,与接头1、万向轴体5共同形成润滑油腔7,接头I的内孔的传扭结构、万向轴体5的传扭结构、键8、钢球3、球座2、对开卡环4均处于润滑油腔7中,腔中充满润滑脂。对开卡环4起保护作用。
[0024] 钢球3、键8提供了足够的自由度,以实现万向轴旋转轴线方向的改变,将一端的行星运动转变为另一端的定轴转动。
[0025] 本实施方式采用键作为关键的传递扭矩与运动的部件,并改变接头1、万向轴体5的传扭结构为十字形,实现了键与接头1、万向轴体5形成面接触的工作副,改变了通常以钢球、圆柱等作为传扭传动部件形成的线接触的工作副,大幅降低了接触应力;同时万向轴的主要的力的作用面均处于润滑油腔7内,腔内充满润滑脂,避免了环境研磨性物质对各部件的影响。减少了材料的体积磨耗,提高了结构安全系数,有效延长了万向轴的使用寿命,尤其在大冲击载荷、高重度泥浆的工况下,具有高的使用价值。
[0026] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明,不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种铰接式万向轴,其特征在于,所述铰接式万向轴包括:接头和万向轴体,所述接头和万向轴体通过键连接传动扭矩;所述接头和万向轴与键之间面接触。
2.如权利要求1所述的一种铰接式万向轴,其特征在于,所述接头与万向轴体接触的一端设有盲孔,盲孔的底部放置有球座,万向轴体面向接头的端面设有钢球凹槽,钢球置于球座和钢球凹槽之间,传递轴向力;在接头的盲孔内设有十字形第一传扭结构;在万向轴体两端为十字形第二传扭结构,并沿第二传扭结构外周均匀分布键形凹槽,键置于键形凹槽中,在接头、万向轴体间传递扭矩及运动; 钢球和键提供了足够的自由度,以实现万向轴旋转轴线方向的改变,将万向轴一端的行星运动转变为万向轴另一端的定轴转动。
3.如权利要求2所述的一种铰接式万向轴,其特征在于,所述万向轴体外壁包裹有密封胶套组件,所述密封胶套组件嵌入到接头的盲孔内,与接头、万向轴体共同形成润滑油腔。
4.如权利要求2所述的一种铰接式万向轴,其特征在于,所述万向轴体外壁还设有与接头盲孔卡接固定的对开卡环,对开卡环与润滑油腔中的润滑脂接触。
5.如权利要求1所述的一种铰接式万向轴,其特征在于,所述接头与万向轴体接触的一端设有盲孔,盲孔的底部放置有球座,万向轴体面向接头的端面设有钢球凹槽,钢球置于球座和钢球凹槽之间,传递轴向力;在接头的盲孔内设有十字形第一传扭结构;在万向轴体两端为十字形第二传扭结构,并沿第二传扭结构外周均匀分布键形凹槽,键置于键形凹槽中,在接头、万向轴体间传递扭矩及运动; 所述万向轴体外壁包裹有密封胶套组件,还设有与接头盲孔卡接固定的对开卡环,所述密封胶套组件嵌入到接头的盲孔内,与接头、万向轴体共同形成润滑油腔;所述对开卡环与润滑油腔中的润滑脂接触; 钢球和键提供了足够的自由度,以实现万向轴旋转轴线方向的改变,将万向轴体一端的行星运动转变为接头一端的定轴转动。
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CN113700758A (zh) * 2020-05-07 2021-11-26 中国石油天然气集团有限公司 万向节

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